(57)【要約】【課題】起振装置等を必要としない切削刃具を提供すること。【解決手段】スクイ面１１と逃げ面１２をもつ金属切削用の切削刃具１であって、切削刃具１のスクイ面１１、及び或いは、逃げ面１２に超短光パルスレーザ照射による周期微細構造１６が形成されていることを特徴とする。【選択図】図２
2007111810.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スクイ面と逃げ面をもつ金属切削用の切削刃具であって、
前記切削刃具の前記スクイ面、及び或いは、逃げ面に超短光パルスレーザ照射による周期微細構造が形成されていることを特徴とする切削刃具。
【請求項２】
前記周期微細構造は、周期が繰り返される方向と直交する方向に延びる細長い突起部と細長い溝部とを有し、該突起部と該溝部とが延びる方向が前記スクイ面のスクイ方向、及び或いは、前記逃げ面の逃げ方向と略平行であることを特徴とする請求項１に記載の切削刃具。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、工作機械に装着されて金型や金属部品等を切削加工する切削刃具に関する。
【背景技術】
【０００２】
これまで、チップ状の切削刃具をバイトホルダに固定して切削加工に供せられる切削刃具が一般的である。切削刃具で、例えばアルミ部品を切削加工すると、切削抵抗が大きいため、切削速度が遅く、刃具の寿命が短かかった。そこで、切削抵抗を小さくして切削速度を早くするためにバイトホルダに圧電素子を取り付け、切削刃具を振動させることが行われている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
なお、本発明に関連する技術として、偏光した超短光パルスレーザを固体表面に低フルーエンスで照射すると周期微細構造が形成されることが知られている（例えば、特許文献２参照。）。ここで、「フルーエンス（ｆｌｕｅｎｃｅ）」とは、レーザの１パルス当たりのエネルギＥ（Ｊ）を照射断面積Ｓ（ｃｍ2）で割ったエネルギ密度Ｅ／Ｓ（Ｊ／ｃｍ2）である。「低フルーエンス」とは、材料表面が蒸散する現象（アブレーション）が生じるエネルギ密度の最小値（アブレーション閾値）近傍のフルーエンスのことである。アブレーション閾値及び低フルーエンスの範囲では材料表面に熱影響がほとんどない。このアブレーション閾値及び低フルーエンスの範囲は、材料によって異なる。低フルーエンスの範囲は、主にその材料の融点の違いにより異なり、通常アブレーション閾値の５倍程度を上限とする範囲で、材料によっては１０倍程度の範囲まで熱影響がほとんど生じない場合もある。
【特許文献１】特開平０１−９２００１号公報
【特許文献２】特開２００３−２１１４００号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した従来の振動切削刃具では、切削刃具に強制的に振動を与えるために、圧電素子または超音波発振器等の起振装置を必要とし、さらに圧電素子等を電気的に制御する付属機器も必要となる。
【０００５】
本発明は、上記の従来の切削刃具の問題に鑑みてなされたものであり、起振装置等を必要としない切削刃具を提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
課題を解決するためになされた請求項１に係る発明は、スクイ面と逃げ面をもつ金属切削用の切削刃具であって、前記切削刃具の前記スクイ面、及び或いは、逃げ面に超短光パルスレーザ照射による周期微細構造が形成されていることを特徴とする切削刃具である。
【０００７】
また、請求項２に係る発明は、請求項１に記載の切削刃具であって、前記周期微細構造は、周期が繰り返される方向と直交する方向に延びる細長い突起部と細長い溝部とを有し、該突起部と該溝部とが延びる方向が前記スクイ面のスクイ方向、及び或いは、前記逃げ面の逃げ方向と略平行であることを特徴としている。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、スクイ面及び、或いは逃げ面に周期微細構造が形成されているので、スクイ面及び、或いは逃げ面と被削材との接触面積が減り、切削抵抗を小さくすることができる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、周期微細構造は、周期が繰り返される方向と直交する方向に延びる細長い突起部と細長い溝部とを有し、突起部と溝部とが延びる方向がスクイ方向、及び或いは、逃げ方向と略平行であるので、切削抵抗をさらに小さくすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下に、本発明を実施するための最良の形態を図面を参照して説明する。
【００１１】
図１は、切削刃具に周期微細構造を形成するレーザ加工装置の概略構成図である。３は偏光した超短光パルスレーザを発生するレーザ発生器、５は中空シャフトの回りに回転する電動モータ、６は電動モータ５に取り付けられたウエッジ板、７ａは第１リレーレンズ、７ｂは第２リレーレンズ、８は集光レンズ、９はＸＹ移動ステージである。ＸＹ移動ステージ９に載置されている１が切削刃具である。図２は、切削刃具１の平面図と側面図で、１１がスクイ面、１２が逃げ面、１３が刃先、矢印１４がスクイ方向、矢印１５が逃げ方向、αがスクイ角、βが逃げ角、ｈが刃幅、１７が刃先１３の刃幅方向と直交する測端面である。スクイ方向を示す矢印１４は、スクイ面１１と測端面１７に平行で且つ刃先１３の刃幅方向に直交する方向である。また、逃げ方向を示す矢印１５は、逃げ面１２と測端面１７に平行で且つ刃先１３の刃幅方向と直交する方向である。なお、１６は、レーザ照射により形成される周期微細構造（模式的に示した）であり、周期微細構造の細長い突起部と溝部が延びる方向は、スクイ方向（矢印１４方向）を向いている。
【００１２】
レーザ集光スポットｐがスクイ面１１の上に位置するように調整して、レーザ加工装置を運転すると、ウエッジ板６の回転により集光スポットｐが光軸１０の回りに回転して円を描く（以後、円を描くことを”トレパニング”と記載する。）。集光スポットｐをトレパニングさせながら、ＸＹ移動ステージ９を駆動することで、スクイ面の所定領域を集光スポットｐで隙間なく走査することができる。
【００１３】
スポット径やレーザ発生器３等を調節することで、集光スポットｐのフルーエンスを周期微細構造が形成される所定のフルーエンスにすることができる。
【００１４】
（実施例１）
図２に示す形状のチップ状超硬切削刃具（α＝８°、β＝８°ｈ＝２．３ｍｍ）を図１のレーザ加工装置にセットして、下記の条件で超短光パルスレーザを照射し、スクイ面と逃げ面に周期性微細構造を形成した。
【００１５】
すなわち、条件としては、
レーザ発生器３    ：出力２６８ｍＷ、パルス幅９００ｆｓ、
繰り返し周波数：２５８ｋＨｚ、偏光：直線、
偏光方向：紙面に平行
ウエッジ板６      ：ウエッジ角度０．２°、回転数１６０００ｒｐｍ、
集光レンズ８      ：倍率５倍、開口数０．１０、焦点距離３６ｍｍ
ディフォーカス距離：＋５０μｍ
フルーエンス      ：０．２Ｊ／ｃｍ2（集光スポット径を２０μｍと仮定                                したときの推定値）
ＸＹ移動ステージ  ：移動速度２ｍｍ／ｓ
トレパニング径    ：１４０μｍ
である。
【００１６】
上記の条件でスクイ面と逃げ面に周期微細構造を形成した。スクイ面に形成した刃具を切削刃具♯１、スクイ面と逃げ面の両方に形成した刃具を切削刃具♯２とする。スクイ面と、逃げ面の照射範囲は、スクイ面或いは逃げ面の刃先から刃元方向に２ｍｍまでの範囲で刃幅一杯である。
【００１７】
切削刃具♯１、♯２をＳＥＭ観察した結果、♯１では、スクイ方向に延びる細長い突起部と細長い溝部が、♯２では、スクイ方向と逃げ方向に延びる細長い突起部と細長い溝部がそれぞれ観測された。
【００１８】
次に、切削刃具♯１、♯２、及び♯０（比較用で、レーザ照射による周期微細構造の形成を行わなかった切削刃具）を切削盤（安田工業製、横型Ｍ／Ｃ（ＢＴ５０）ＹＢＭ６０）に取り付け、被削材（ＡＤＴ４）を切削加工して切削抵抗を測定した。
【００１９】
図３が、切削抵抗測定結果で、図中の◆が切削刃具♯０、○が♯１、△が♯２をそれぞれ示している。これから、切削刃具♯１、♯２が♯０より切削抵抗が約１０％低いことがわかる。すなわち、スクイ面にスクイ方向に延びる細長い突起部と細長い溝部をもつ周期微細構造を形成した切削刃具♯１と、スクイ面と逃げ面にそれぞれスクイ方向と逃げ方向に延びる細長い突起部と細長い溝部をもつ周期微細構造を形成した切削刃具♯２は、周期微細構造を形成しない切削刃具♯０より、切削抵抗が低いことがわかる。
【００２０】
また、点（イ）を通り横軸に平行な直線ｕと、♯１、♯２の線との交点を（ロ）とすると、点（ロ）を通る縦軸に平行な線ｖと横軸との交点（ハ）から、切削速度が一定のとき、♯１、♯２が♯０より切削速度を２倍以上にできることがわかる。
【産業上の利用可能性】
【００２１】
本発明は、切削抵抗を下げることができる切削刃具であり、産業上の利用可能性が極めて高いものである。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】切削刃具に周期微細構造を形成して本発明の切削刃具を作るレーザ加工装置の概略構成図である。
【図２】切削刃具の平面図と側面図である。
【図３】切削抵抗と切削速度の関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００２３】
１・・・・・・・・・・切削刃具
１１・・・・・・・・・スクイ面
１２・・・・・・・・・逃げ面
１４・・・・・・・・・スクイ方向
１５・・・・・・・・・逃げ方向
１６・・・・・・・・・周期微細構造
【図１】
2007111810.tif 000003
【図２】
2007111810.tif 000004
【図３】
2007111810.tif 000005